RO134445B1 - Process and plant for gasification of heterogenous mixtures of organic substances and compounds - Google Patents

Process and plant for gasification of heterogenous mixtures of organic substances and compounds Download PDF

Info

Publication number
RO134445B1
RO134445B1 RO202000266A RO202000266A RO134445B1 RO 134445 B1 RO134445 B1 RO 134445B1 RO 202000266 A RO202000266 A RO 202000266A RO 202000266 A RO202000266 A RO 202000266A RO 134445 B1 RO134445 B1 RO 134445B1
Authority
RO
Romania
Prior art keywords
gasification
pyrolysis
reactor
metal
organic
Prior art date
Application number
RO202000266A
Other languages
Romanian (ro)
Other versions
RO134445A0 (en
Inventor
Costin-Marian Frâncu
Bogdan-Sabin Frâncu
Original Assignee
Bogdan-Sabin Frâncu
Costin-Marian Frâncu
Frâncu Marius-Andrei
Frâncu Vlad
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bogdan-Sabin Frâncu, Costin-Marian Frâncu, Frâncu Marius-Andrei, Frâncu Vlad filed Critical Bogdan-Sabin Frâncu
Priority to RO202000266A priority Critical patent/RO134445B1/en
Publication of RO134445A0 publication Critical patent/RO134445A0/en
Priority to CA3193438A priority patent/CA3193438A1/en
Priority to PCT/RO2021/050005 priority patent/WO2021235963A1/en
Priority to EP21730303.1A priority patent/EP4153701A1/en
Priority to US18/246,249 priority patent/US20240010941A1/en
Publication of RO134445B1 publication Critical patent/RO134445B1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/58Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels combined with pre-distillation of the fuel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72Other features
    • C10J3/723Controlling or regulating the gasification process
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/466Entrained flow processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J6/00Heat treatments such as Calcining; Fusing ; Pyrolysis
    • B01J6/008Pyrolysis reactions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09BDISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B09B3/00Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
    • B09B3/40Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless involving thermal treatment, e.g. evaporation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09BDISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B09B3/00Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
    • B09B3/70Chemical treatment, e.g. pH adjustment or oxidation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/22Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10BDESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B47/00Destructive distillation of solid carbonaceous materials with indirect heating, e.g. by external combustion
    • C10B47/18Destructive distillation of solid carbonaceous materials with indirect heating, e.g. by external combustion with moving charge
    • C10B47/20Destructive distillation of solid carbonaceous materials with indirect heating, e.g. by external combustion with moving charge according to the moving bed type
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/48Apparatus; Plants
    • C10J3/482Gasifiers with stationary fluidised bed
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/58Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels combined with pre-distillation of the fuel
    • C10J3/60Processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/58Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels combined with pre-distillation of the fuel
    • C10J3/60Processes
    • C10J3/64Processes with decomposition of the distillation products
    • C10J3/66Processes with decomposition of the distillation products by introducing them into the gasification zone
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0266Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a decomposition step
    • C01B2203/0272Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a decomposition step containing a non-catalytic decomposition step
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0833Heating by indirect heat exchange with hot fluids, other than combustion gases, product gases or non-combustive exothermic reaction product gases
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2200/00Details of gasification apparatus
    • C10J2200/15Details of feeding means
    • C10J2200/152Nozzles or lances for introducing gas, liquids or suspensions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2200/00Details of gasification apparatus
    • C10J2200/39Gasifiers designed as centrifuge
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/09Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0946Waste, e.g. MSW, tires, glass, tar sand, peat, paper, lignite, oil shale
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/09Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953Gasifying agents
    • C10J2300/0956Air or oxygen enriched air
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/09Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953Gasifying agents
    • C10J2300/0973Water
    • C10J2300/0976Water as steam
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/12Heating the gasifier
    • C10J2300/1246Heating the gasifier by external or indirect heating

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)

Description

Prezenta invenție se referă la un procedeu și o instalație de gazeificare a amestecurilor eterogene de substanțe și compuși organici de genul deșeurilor de biomasă, forestiere, deșeuri urbane solide și lichide, nămoluri de la stațiile de epurare a apelor menajere etc.The present invention relates to a process and an installation for the gasification of heterogeneous mixtures of organic substances and compounds such as biomass waste, forest waste, municipal solid and liquid waste, sludge from sewage treatment plants, etc.

Gazeificarea este un proces fizico-chimic de transformare ireversibilă a compușilor organici solizi/lichizi/gazoși într-un gaz de sinteză care conține în principal H2, CO și CO2. Fenomenul fizic este cunoscut de peste 300 de ani iar aplicații industriale în principal în domeniile energetic și petrochimie există de 150 de ani.Gasification is a physico-chemical process of irreversible transformation of solid / liquid / gaseous organic compounds into a synthesis gas containing mainly H 2 , CO and CO 2 . The physical phenomenon has been known for over 300 years and industrial applications mainly in the fields of energy and petrochemistry have existed for 150 years.

Literatura de specialitate scindează procesul de gazeificare în 2 etape distincte:The specialized literature divides the gasification process into 2 distinct stages:

1. Etapa endotermă, numită Piroliza.1. The endothermic stage, called pyrolysis.

2. Etapa exotermă, numită Gazeificare.2. The exothermic stage, called Gasification.

Etapa 1. Piroliza, este un procedeu de transformare sau de descompunere termică a compușilor sau a substanțelor chimice organice în condiții de temperaturi înalte și fără oxigen/aer. Acest procedeu implică schimbarea simultană a compoziției chimice și a fazei fizice a compusului, și este ireversibilă. în principiu, în această etapă, datorită temperaturii se rup majoritatea legăturilor carbon-hidrogen. Rezultatul este o fază gazoasă formată din hidrogen și compușii volatili ai materialelor supuse pirolizei, o fază lichidă care este un amestec de hidrocarburi și radicali organici numită generic „ulei de piroliză și o fază solidă formată în principal din carbon, resturi minerale și metale funcție de compoziția materialului inițial. Ruperea legăturii carbon-hidrogen are loc la o temperatură fixă funcție de formula chimică a compusului organic și este o caracteristică fizică a compusului respectiv. Domeniul de temperaturi este 200-1250°C, cu o pondere mare de compuși pirolizați în domeniu 200-600°C.Step 1. Pyrolysis is a process of transformation or thermal decomposition of compounds or organic chemicals under conditions of high temperatures and without oxygen / air. This process involves the simultaneous change of the chemical composition and physical phase of the compound, and is irreversible. In principle, at this stage, due to the temperature, most of the carbon-hydrogen bonds are broken. The result is a gaseous phase consisting of hydrogen and volatile compounds of pyrolysis materials, a liquid phase which is a mixture of hydrocarbons and organic radicals called generically "pyrolysis oil and a solid phase consisting mainly of carbon, mineral residues and metals depending on composition of the original material. The breaking of the carbon-hydrogen bond takes place at a fixed temperature depending on the chemical formula of the organic compound and is a physical characteristic of that compound. The temperature range is 200-1250 ° C, with a high share of pyrolyzed compounds in the range 200-600 ° C.

Etapa 2. Gazeificarea, constă în principal în transformarea carbonului solid în gaz prin oxidare parțială la temperaturi mai mari 850°C, conform următoarelor reacții exoterme:Step 2. Gasification consists mainly in the transformation of solid carbon into gas by partial oxidation at temperatures above 850 ° C, according to the following exothermic reactions:

C + 1/2O2 = CO - 123,1 Kj/Kmol carbonC + 1/2 O 2 = CO - 123.1 K / kmol carbon

C + O2 = CO2 - 398,3 Kj/Kmol carbonC + O 2 = CO 2 - 398.3 Kj / Kmol carbon

Cele 2 etape au loc într-un reactor comun, în care energia termică produsă în reacțiile exoterme de oxidare a carbonului este în mare parte consumată pentru încălzirea materialelor organice în faza 1 de piroliză. Singazul rezultat conține 5-100 mg/m3 macromolecule organice cu peste 100 de formule chimice diferite, amestec numit generic „gudroane.The 2 stages take place in a common reactor, in which the thermal energy produced in the exothermic oxidation reactions of carbon is largely consumed for the heating of organic materials in phase 1 of pyrolysis. The resulting singaz contains 5-100 mg / m 3 organic macromolecules with over 100 different chemical formulas, a mixture generically called “tars.

Toate brevetele de invenție, studiile academice, instalațiile experimentale sau instalațiile industriale de gazeificare actuale, prevăd introducerea materiei prime la temperatură ambiantă în reactorul de gazeificare pentru a crea un pat fix, mobil sau fluidizat. Prin patul de materie primă este trecut updraft, downdraft sau crossdraft, singazul cald rezultat în reacțiile exoterme din zona de gazeificare pentru a încălzi materia primă și a o aduce la parametrii de piroliză.All current patents, academic studies, experimental plants or industrial gasification plants provide for the introduction of the raw material at ambient temperature into the gasification reactor to create a fixed, mobile or fluidized bed. The raw material is passed through the raw material bed, updraft, downdraft or crossdraft, the hot syringe resulting from the exothermic reactions in the gasification area to heat the raw material and bring it to the pyrolysis parameters.

US 006902711 B1 prezintă un procedeu și un echipament cu aplicare industrială, dezvoltat de EBARA Corporation și UBE Industries din Japonia. Brevetul prezintă un proces de gazeificare cu pat fluidizat în 2 reactoare, primul cu temperaturi sub 800°C și al doilea cu temperaturi peste 1300°C.US 006902711 B1 features a process and equipment with industrial application, developed by EBARA Corporation and UBE Industries in Japan. The patent shows a gasification process with a fluidized bed in 2 reactors, the first with temperatures below 800 ° C and the second with temperatures above 1300 ° C.

US 2010/0037519 A1 prezintă un procedeu și o instalație de gazeificare downdraft, cu pat fix. Pentru diminuarea fenomenului de „channeling reactorul este prevăzut cu un amestecător central, ceea ce conduce la creșterea consumului energetic și complică operarea și mentenanța.US 2010/0037519 A1 presents a downdraft gasification process and installation, with fixed bed. To reduce the phenomenon of “channeling the reactor is provided with a central mixer, which leads to increased energy consumption and complicates operation and maintenance.

Din punct de vedere fizic, conceptul tehnicii actuale prevede schimbul de căldură prin convecție și radiație între un gaz preponderent biatomic, care din punct de vedere al radiației este un corp transparent iar din punct de vedere al convecție este un material izolant, către un pat eterogen de materiale organice care din punct de vedere conducție și convecție sunt materiale izolatoare, cu coeficient de conducție termică mai mic de 0,1 W/m-K.From a physical point of view, the concept of the current technique provides for the exchange of heat by convection and radiation between a predominantly diatomic gas, which from the point of view of radiation is a transparent body and from the point of view of convection is an insulating material, to a heterogeneous bed. of organic materials which in terms of conduction and convection are insulating materials, with a thermal conductivity coefficient of less than 0,1 W / mK.

RO 134445 Β1 în cadrul studiilor și experimentelor inventatorilor privind gazeificarea diferitelor 1 amestecuri de materiale organice, aceștia au observat o deficiență majoră în ceea ce privește modalitatea de transfer a energiei termice între agentul de transport al energiei 3 termice și patul de materie organică aflat în zona de piroliză. în mod natural gazul de sinteză se va deplasa în masa patului de material organic prin spațiile libere rămase între bucățile 5 de material, fără posibilitatea operatorului de a controla altceva decât eventual viteză de deplasare. La limită, avem deci un „tub cu pereții din material organic cu coeficient de 7 transfer termic prin conducție <0,1 W/m-K prin care se deplasează un gaz preponderent biatomic, cu temperatură mai mare decât pereții tubului. Din punct de vedere al transferului 9 prin radiație, gazul biatomic este corp transparent, deci nu primește și nu cedează energie termică. Prin convecție, gazul va ceda energie termică la perete, energie care se va acumula 11 în suprafață datorită coeficientului mic de conducție al pereților din material organic. Astfel moleculele organice din suprafață vor ajunge la temperatura critică de rupere a legăturii 13 carbon-hidrogen, hidrogenul va fi antrenat în fluxul de gaz, iar carbonul se va acumula în suprafață îngreunând și mai mult transferul termic către masa de material. Aceste fenomene 15 nedorite de channelling sunt eliminate în procedeele de gazeificare cu pat fluidizat, dar eficiența transferului termic este mult scăzută față de procedeele cu pat fix datorită vitezelor 17 mari ale gazelor, impuse de condiția de levitație a patului fluidizat. Noile procese „bubbling fluidised bed - pat fluidizat cu bule - îmbunătățesc transferul termic prin convecție și aduc 19 o mică componentă de transfer prin radiație, dar cresc consumurile energetice și complică foarte mult procesul prin introducerea și recuperarea unor cantități mari de nisip cuarțos în 21 masa de material organic ca agent de fluidizare.EN 134445 Β1 In the inventors' studies and experiments on the gasification of various 1 mixtures of organic materials, they observed a major deficiency in the transfer of heat between the heat transfer agent 3 and the bed of organic matter in the area. of pyrolysis. Naturally, the synthesis gas will move in the mass of the bed of organic material through the free spaces left between the pieces 5 of material, without the possibility for the operator to control anything other than the speed of movement. At the limit, we therefore have a “tube with walls made of organic material with a coefficient of 7 heat transfer through conduction <0.1 W / m-K through which a predominantly biatomic gas moves, with a temperature higher than the walls of the tube. From the point of view of radiation transfer 9, the diatomic gas is a transparent body, so it does not receive and does not give off thermal energy. By convection, the gas will transfer thermal energy to the wall, energy that will accumulate 11 in the surface due to the low conduction coefficient of the walls of organic material. Thus, the organic molecules on the surface will reach the critical temperature of breaking the carbon-hydrogen bond, the hydrogen will be entrained in the gas flow, and the carbon will accumulate on the surface making it even more difficult to transfer heat to the mass of material. These undesirable channeling phenomena are eliminated in the fluidized bed gasification processes, but the heat transfer efficiency is much lower compared to the fixed bed processes due to the high gas velocities 17 imposed by the levitation condition of the fluidized bed. The new "bubbling fluidized bed" processes improve convection heat transfer and bring a small radiation transfer component, but increase energy consumption and greatly complicate the process by introducing and recovering large amounts of quartz sand in the mass. of organic material as a fluidizing agent.

Problemele tehnice pe care le rezolvă prezenta invenție sunt: 23The technical problems solved by the present invention are: 23

- eliminarea fenomenelor de „channeling în patul de materie primă organică;- elimination of the phenomena of “channeling in the bed of organic raw material;

- mărirea randamentului de transport și transfer a energiei termice din zona exotermă 25 în zona endotermă;- increasing the efficiency of transport and transfer of thermal energy from the exothermic zone 25 to the endothermic zone;

- mărirea randamentului de transformare a carbonului solid în gaze CO și CO2 cu 27 consecința reducerii carbonului rezidual în zgură.- increasing the efficiency of converting solid carbon into CO and CO 2 gases with 27 the consequence of reducing residual carbon in slag.

Scopul invenției este: 29The object of the invention is: 29

- eliminarea patului de materie primă organică;- elimination of the bed of organic raw material;

- schimbarea agentului de transport al energiei termice precum și a fenomenului fizic 31 utilizat pentru transferul energiei termice către materia primă organică;- change of the heat transfer agent as well as of the physical phenomenon 31 used for the transfer of heat energy to the organic raw material;

- controlul fluxului de agent de gazeificare astfel încât în prima fază să creeze o 33 curgere turbionară, iar în a doua fază să creeze o curgere laminară cu viteză mică. Aceste două modalități de curgere ale agentului de gazeificare vor facilita contactul între moleculele 35 de gaz și atomii de carbon solid.- controlling the flow of gasifying agent so that in the first phase it creates a vortex flow, and in the second phase it creates a laminar flow with low speed. These two ways of flowing the gasifier will facilitate contact between the gas molecules and the solid carbon atoms.

Prezenta invenție constă într-un procedeu de gazeificare fără pat de piroliză/gazei- 37 ficare care permite gazeificarea amestecurilor eterogene de materiale organice.The present invention consists in a gasification process without a pyrolysis / gas bed which allows the gasification of heterogeneous mixtures of organic materials.

Conform fig. 1, materia primă organică este introdusă la temperatură ambiantă în 39 reactoarele de piroliză - poziția 2 - și este încălzită gradual, până la 800°C, prin punte termică metalică, cu energia termică produsă în reactorul de gazeificare 1. Rezultatele pirolizei, 41 respectiv fracțiile gazoasă, lichidă și solidă sunt transferate în reactorul de gazeificare unde la temperaturi de până la 1100°C, cu agent de gazeificare aer sau oxigen se produc reacțiile 43 exoterme de transformare a carbonului solid în CO și CO2, componente gazoase. Fracția solidă rămasă în reactorul de gazeificare, care conține în principal molecule și elemente 45 minerale provenite din compoziția chimică a lanțurilor de macromolecule organice, este separată de fracția gazoasă și eliminată printr-un sistem ecluză format din robinetul 3 și 47 containerul 4.According to fig. 1, the organic feedstock is introduced at ambient temperature into 39 pyrolysis reactors - heading 2 - and is gradually heated to 800 ° C by a metal thermal bridge with the thermal energy produced in the gasification reactor 1. Pyrolysis results, 41 respectively the gaseous, liquid and solid fractions are transferred to the gasification reactor where at temperatures up to 1100 ° C, with air or oxygen gasification agent, there are 43 exothermic reactions of transformation of solid carbon into CO and CO 2 , gaseous components. The solid fraction remaining in the gasification reactor, which contains mainly molecules and 45 mineral elements from the chemical composition of the chains of organic macromolecules, is separated from the gas fraction and removed by a sluice system consisting of valve 3 and container 4.

RO 134445 Β1RO 134445 Β1

Procedeul conform prezentei invenții constă în transportul energiei termice din zona de gazeificare exotermă (fig. 1 poziția 1) în zona de piroliză endotermă (fig. 1 poziția 2), prin puntea termică metalică formată, conform fig. 4, din pereții reactorului de gazeificare (poziția 1 și 12) și incinta metalică 2 în care este poziționat reactorul de piroliză, flanșa și pereții exteriori ai reactorului de piroliză, respectiv pozițiile 1-5 din fig. 2 . Din punct de vedere fizic, agentul de transfer al energiei termice cu coeficient de conducție termică 0,02-0,1 W/m-K, respectiv singazul, este înlocuit cu o punte termică metalică cu coeficient de conducție mai mare de 45 W/m-K, deci de 400-1000 de ori mai mare și în plus cu capacitatea de a transfera energie termică prin convecție și radiație, nu doar prin convecție. Acest nou procedeu va mări semnificativ eficiența transportului energiei termice din zona exotermă în zona endotermă fără pierderi energetice suplimentare și va mări eficiența transferului energiei termice către masa de materie primă organică cu eliminarea fenomenului de channeling. în plus, puntea termică formată din pereții reactoarelor de piroliză și gazeificare va funcționa ca un acumulator de energie termică care va livra energia în funcție de capacitatea de absorbție a masei eterogene de materiale organice. Altfel spus, în tehnica actuală, singazul cald, purtător al unei cantități de energie termică, în mișcare către ieșirea din reactorul de gazeificare, trece prin patul de materiale organice mai reci și cedează căldură funcție de capacitatea de absorbție a materialelor întâlnite în timpul de rezidență. La final, singazul părăsește gazeificatorul cu energia termică rămasă. Conform procedeului descris în prezenta invenție, energia termică este transportată prin pereții metalici ai reactoarelor până la suprafețele metalice fixe prin care se face schimbul de căldură către materia primă organică în mișcare, în acest fel, fiecare bucată de material organic, în mișcare prin reactorul de piroliză, absoarbe câtă energie îi permit proprietățile sale fizice. Acest nou procedeu de transport al energiei termice precum și proprietatea de acumulator de energie al pereților metalici, permite tratarea simultană a unor materiale organice cu proprietăți fizice diferite și implicit cu conținut de apă diferit. Pe cale de consecință, materia primă nu mai trebuie uscată pentru omogenizare, ci poate fi procesată așa cum este, indiferent de conținutul de apă. Evident, materialele cu procent ridicat de apă vor absorbi din pereți mai multă energie și vor produce în reactorul de gazeificare o cantitate corespunzătoare de abur ceea ce va corespunde în procesul de gazeificare cu o reducere a necesarului de abur furnizat din exterior ca agent de control al temperaturii, deci costuri de procesare mai mici.The process according to the present invention consists in transporting the thermal energy from the exothermic gasification zone (fig. 1 position 1) to the endothermic pyrolysis zone (fig. 1 position 2), through the metal thermal bridge formed, according to fig. 4, from the walls of the gasification reactor (position 1 and 12) and the metal enclosure 2 in which the pyrolysis reactor, the flange and the outer walls of the pyrolysis reactor are positioned, respectively positions 1-5 in fig. 2 . From a physical point of view, the heat transfer agent with a thermal conductivity coefficient of 0.02-0.1 W / mK, respectively singas, is replaced by a metal thermal bridge with a conductivity coefficient greater than 45 W / mK, so 400-1000 times higher and in addition with the ability to transfer heat through convection and radiation, not just convection. This new process will significantly increase the efficiency of heat transfer from the exothermic zone to the endothermic zone without additional energy losses and will increase the efficiency of heat transfer to the mass of organic raw material by eliminating the channeling phenomenon. In addition, the thermal bridge formed by the walls of the pyrolysis and gasification reactors will function as a thermal energy accumulator that will deliver energy according to the absorption capacity of the heterogeneous mass of organic materials. In other words, in the current technique, the hot syngas, carrying a quantity of thermal energy, moving towards the outlet of the gasification reactor, passes through the bed of colder organic materials and gives off heat depending on the absorption capacity of the materials encountered during residence. . In the end, the singas leaves the gasifier with the remaining thermal energy. According to the process described in the present invention, the thermal energy is transported through the metal walls of the reactors to the fixed metal surfaces through which the heat is exchanged to the moving organic raw material, thus each piece of organic material, moving through the reactor. pyrolysis, absorbs as much energy as its physical properties allow. This new process of transporting thermal energy, as well as the energy storage property of metal walls, allows the simultaneous treatment of organic materials with different physical properties and implicitly with different water content. Consequently, the raw material no longer has to be dried for homogenization, but can be processed as it is, regardless of the water content. Obviously, materials with a high percentage of water will absorb more energy from the walls and will produce in the gasification reactor an appropriate amount of steam which will correspond in the gasification process with a reduction in the need for steam supplied from outside as a control agent. temperature, so lower processing costs.

Procedeul descris în prezenta invenție realizează transferul controlat al energiei termice prin convecție forțată și prin radiație între pereții metalici ai reactoarelor și materialul organic în mișcare controlată. Conform studiilor experimentale, la deplasarea cu viteze mici a unui solid organic în contact cu un perete metalic cald, după 10 cm suprafața solidului organic se dopează cu carbon molecular și fluxul termic Φ tinde la zero. Conform acestei observații, procedeul conform prezentei invenții prevede schimbarea suprafeței de contact dintre materialul organicîn mișcare cu viteze mici și peretele metalic cu temperatură ridicată, după fiecare 10 cm parcurși.The process described in the present invention realizes the controlled transfer of thermal energy by forced convection and by radiation between the metal walls of the reactors and the organic material in controlled motion. According to experimental studies, when moving an organic solid at low speeds in contact with a hot metal wall, after 10 cm the surface of the organic solid is doped with molecular carbon and the heat flux Φ tends to zero. According to this observation, the process according to the present invention provides for the change of the contact surface between the moving material at low speeds and the metal wall at high temperature, after every 10 cm traveled.

O altă observație experimentală importantă este că pentru a încălzi 1 Kg de amestec organic provenit din deșeuri urbane solide cu 700°C este necesară o energie termică de 1600-2200 Kj/Kg, funcție de compoziția chimică și conținutul de apă al materiei prime. Această ultimă condiție este folosită pentru determinarea suprafeței de contact necesară și a vitezei de deplasare, funcție de valorile minime ale coeficienților λ/α de transfer termic prin conducție/convecție ai materiei prime organice. Cu cât coeficienții λ și a sunt mai mici, trebuie mărită suprafața totală de contact metal-material organic, păstrând condiția ca la fiecare 10 cm pe direcția de deplasare a materialului organic să se schimbe suprafața de contact.Another important experimental observation is that in order to heat 1 Kg of organic mixture from solid urban waste by 700 ° C, a thermal energy of 1600-2200 Kj / Kg is required, depending on the chemical composition and water content of the raw material. This last condition is used to determine the required contact surface and travel speed, depending on the minimum values of the λ / α coefficients of heat transfer by conduction / convection of the organic raw material. The lower the coefficients λ and a, the greater the contact area of the metal-organic material must be increased, keeping the condition that every 10 cm in the direction of movement of the organic material the contact surface changes.

RO 134445 Β1RO 134445 Β1

Prin schimbarea agentului de transport al energiei termice și absența patului de 1 material organic, procedeul de gazeificare se simplifică semnificativ, ceea ce permite un control eficient al vitezei singazului și implicit al timpului de rezidență pentru micșorarea 3 procentului de carbon rezidual rămas în zgură. Deși la temperaturi mai mari de 900°C oxidarea carbonului este instantanee, s-a observat în practică o limită a timpului de contact 5 dintre carbonul solid și oxigenul gazos sub care crește procentul de carbon rezidual în zgură. Altfel spus, deși oxidarea este instantanee, la viteze relative crescute între fluxul de agent 7 de gazeificare/singaz și materialele solide din reactorul de gazeificare, rămâne carbon neoxidat în zgură. Acest fenomen apare dacă carbonul nu se întâlnește cu oxigenul. Este 9 cunoscut că volumul molar al carbonului este de ordinul 0,00000529 dm3/mol iar volumul molar al oxigenului este de ordinul 22,42 dm3/mol ceea ce înseamnă că distanța dintre 11 2 molecule de oxigen este de 4.000.000 de ori mai mare decât distanța dintre 2 atomi de carbon. în aceste condiții, într-o curgere laminară a oxigenului este necesară o viteză foarte 13 mică pentru a obține contactul aleator doar datorită agitației browniană a gazului. Procedeul de gazeificare conform prezentei invenții (fig. 4) constă în incinta 1 în care agentul de gazeifi- 15 care este amestecat prin curgere turbionară, datorită poziționării duzelor 4, cu carbonul solid pentru a facilita amestecul și contactul. Aburul este de preferat să fie introdus împreună cu 17 oxigenul, deoarece moleculele de apă sunt mai ușoare dar mai mari iar amestecul facilitează curgerea turbionară. Din incinta turbionară carbonul solid neoxidat și materialele minerale 19 cad pe un grătar rotitor (fig. 3) unde sunt în contact laminar cu amestecul de singaz și oxigen. Această zonă constituie a doua zonă de oxidare a carbonului în condiții de curgere 21 laminară la viteză mică.By changing the heat transfer agent and the absence of the bed of 1 organic material, the gasification process is significantly simplified, which allows an efficient control of the speed of the syngas and implicitly of the residence time to reduce 3 percent of residual carbon left in the slag. Although at temperatures above 900 ° C the oxidation of carbon is instantaneous, in practice a limit of contact time 5 has been observed between solid carbon and gaseous oxygen below which the percentage of residual carbon in slag increases. In other words, although the oxidation is instantaneous, at relatively high rates between the flow of gasifying agent / singase and the solid materials in the gasification reactor, unoxidized carbon remains in the slag. This phenomenon occurs if carbon does not meet with oxygen. It is known that the molar volume of carbon is of the order of 0.00000529 dm 3 / mol and the molar volume of oxygen is of the order of 22.42 dm 3 / mol which means that the distance between 11 2 molecules of oxygen is 4,000,000 times greater than the distance between 2 carbon atoms. Under these conditions, in a laminar flow of oxygen a very low speed is required to obtain random contact only due to the Brownian agitation of the gas. The gasification process according to the present invention (Fig. 4) consists in the chamber 1 wherein the gasifying agent which is mixed by vortex flow, due to the positioning of the nozzles 4, with the solid carbon to facilitate mixing and contact. The steam is preferable to be introduced together with the oxygen, because the water molecules are lighter but larger and the mixture facilitates the vortex flow. From the vortex chamber the non-oxidized solid carbon and mineral materials 19 fall on a rotating grate (fig. 3) where they are in laminar contact with the mixture of singas and oxygen. This zone constitutes the second zone of carbon oxidation under laminar flow conditions 21 at low speed.

Pentru simplificarea etanșărilor în zona de alimentare cu materie primă a pirolizei, 23 procesul de piroliză și gazeificare se va desfășura la presiuni mici în domeniul -0,5-^2 bar. Agentul de gazeificare poate fi aer sau oxigen, însoțit de abur pentru controlul temperaturii 25 prin reacții endoterme. Datorită materiei prime eterogene, procesul este controlat printr-un soft de proces, care permite reglarea în timp real a parametrilor de proces în funcție de 27 parametrii de stare.To simplify the seals in the area of supply of pyrolysis raw material, the process of pyrolysis and gasification will take place at low pressures in the range of -0.5- ^ 2 bar. The gasifying agent may be air or oxygen, accompanied by steam for temperature control 25 by endothermic reactions. Due to the heterogeneous raw material, the process is controlled by a process software, which allows the real-time adjustment of the process parameters according to 27 state parameters.

Procedeul conform prezentei invenții, are flexibilitate foarte mare în ceea ce privește 29 proprietățile fizico-chimice ale materiei prime și permite practic procesarea oricărui tip de deșeu organic, inclusiv dar nu limitativ, de la deșeuri din agricultură, deșeuri forestiere, 31 deșeuri municipale și asimilate și nămol de la stațiile de epurare a apelor reziduale municipale. Dat fiind faptul că procedeul poate procesa materiale organice eterogene fără deversări 33 de gaze în mediul ambiental, acest procedeu poate fi aplicat procesării materialelor organice contaminate din categoria „periculoase fără modificări de procedeu. De asemenea procesul 35 poate fi controlat pentru obținerea singazului cu compoziție condiționată, pornind de la un procent nesemnificativ de CO, care permite obținerea de hidrogen tehnic pur, la diferite 37 rapoarte CO/H2 pentru aplicații ulterioare în energetică sau petrochimie.The process according to the present invention has very high flexibility with respect to 29 physico-chemical properties of the raw material and allows the processing of virtually any type of organic waste, including but not limited to, agricultural waste, forest waste, 31 municipal waste and the like and sludge from municipal wastewater treatment plants. Given that the process can process heterogeneous organic materials without spilling 33 gases into the environment, this process can be applied to the processing of contaminated organic materials from the category “hazardous without process changes. Also the process 35 can be controlled to obtain the singaz with conditioned composition, starting from an insignificant percentage of CO, which allows to obtain pure technical hydrogen, at different 37 CO / H 2 ratios for subsequent applications in energy or petrochemistry.

Pentru aplicarea procedeului prezentat și îndeplinirea tuturor condițiilor tehnice, 39 prezenta invenție utilizează instanțiile prezentate în fig. 1...4.For the application of the presented process and the fulfillment of all the technical conditions, the present invention uses the courts presented in fig. 1 ... 4.

în fig. 1, este prezentat reactorul de gazeificare 1 de formă cilindrică, detaliat în fig. 3 41 și 4, în care sunt fixate mecanic unul sau mai multe reactoare de piroliză (poziția 2). Mărirea capacității de procesare se face de preferință prin mărirea numărului de reactoare de piroliză 43 și mărirea dimensională a reactorului de gazeificare. Eliminarea zgurii se realizează prin intermediul sistemului de ecluză format din robinetul 3 și containerul 4. 45 în fig. 2, este prezentat reactorul de piroliză care are formă cilindrică și este prevăzut cu flanșa metalică 6 pentru conectare la sistemul de alimentare cu materie primă organică 47 și flanșa metalică 5 pentru conectare la incinta cilindrică corespunzătoare prevăzută înin fig. 1, the cylindrical gasification reactor 1 is shown, detailed in FIG. 3 41 and 4, in which one or more pyrolysis reactors are mechanically fixed (heading 2). Increasing the processing capacity is preferably done by increasing the number of pyrolysis reactors 43 and increasing the size of the gasification reactor. The slag is removed by means of the lock system formed by the valve 3 and the container 4. 45 in fig. 2, the pyrolysis reactor which has a cylindrical shape and is provided with a metal flange 6 for connection to the organic feed system 47 and a metal flange 5 for connection to the corresponding cylindrical enclosure provided in

RO 134445 Β1 reactorul de gazeificare fig. 4 poziția 2). Prezenta invenție nu tratează procedeul și instalația de alimentare. Funcție de parametrii procesului de gazeificare poate fi folosit un echipament de alimentare în șarje cu piston hidraulic sau un sistem de alimentare continuu cu șnec de presiune și pas variabil. în ambele situații, echipamentul de alimentare va trebui să permită controlul vitezei de deplasare a materiei prime organice la intrarea în reactorul de piroliză în domeniul 10-30 mm/s. Prin intermediul flanșei 5 se realizează puntea termică cu incinta cilindrică care transportă energia termică din zona exotermă a reactorului de gazeificare (figura 1 poziția 1) și din pereții reactorului către reactorul de piroliză (fig. 1 poziția 2). Prin intermediul flanșelor de conectare, energia termică este transferată prin conducție de la reactorul de gazeificare la reactorul de piroliză. în plus, datorită formei constructive, incinta cilindrică metalică (fig. 4 poziția 2) cu temperatură ridicată transmite energie termică și prin radiație pe toată lungimea sa către reactorul de piroliză (fig. 1 poziția 2) care datorită afluxului continuu de materie primă rece, are temperatură mai scăzută. Din motive de mentenanță, reactorul este format din patru sau mai multe secțiuni cilindrice asamblate filetat (fig. 2 pozițiile 1-4), formând un corp comun. Fiecare tronson cilindric (fig. 2 pozițiile 1-4) conține două grupuri de lamele metalice înalte de 10 cm dispuse astfel încât materia primă organică, în deplasarea sa cu viteză de maximum 30 mm/s în lungul axei cilindrului (fig. 2 pozițiile 1-4), să intre în contact cu lamelele metalice, de fiecare dată, pe alte suprafețe ale materialului organic. Pentru un transfer termic optim prin puntea termică metalică, lamelele sunt sudate de corpul cilindric, iar pentru rezistență la coroziune sunt produse din oțel inox. Din motive de fluidizare a deplasării materialului organic în lungul reactorului de piroliză, distanța dintre lamele se dimensionează astfel încât suprafața de trecere minimă să fie de 2-3 ori mai mare decât dimensiunea maximă la care a fost tocată materia primă.RO 134445 Β1 gasification reactor fig. 4 position 2). The present invention does not cover the process and the supply installation. Depending on the parameters of the gasification process, a supply equipment in batches with hydraulic piston or a continuous supply system with pressure screw and variable pitch can be used. In both cases, the feeding equipment must be able to control the speed of movement of the organic raw material at the inlet to the pyrolysis reactor in the range of 10-30 mm / s. By means of flange 5, the thermal bridge is made with the cylindrical enclosure that transports the thermal energy from the exothermic area of the gasification reactor (figure 1 position 1) and from the reactor walls to the pyrolysis reactor (fig. 1 position 2). Through the connecting flanges, the thermal energy is transferred by conduction from the gasification reactor to the pyrolysis reactor. in addition, due to its constructive shape, the cylindrical metal enclosure (fig. 4 position 2) with high temperature transmits heat and radiation along its entire length to the pyrolysis reactor (fig. 1 position 2) which due to the continuous inflow of cold raw material, has a lower temperature. For maintenance reasons, the reactor consists of four or more cylindrical sections assembled threaded (Fig. 2 positions 1-4), forming a common body. Each cylindrical section (fig. 2 positions 1-4) contains two groups of metal slats 10 cm high arranged so that the organic raw material, in its movement with a maximum speed of 30 mm / s along the axis of the cylinder (fig. 2 positions 1 -4), to come into contact with the metal slats, each time, on other surfaces of the organic material. For optimal heat transfer through the metal thermal bridge, the slats are welded to the cylindrical body, and for corrosion resistance are made of stainless steel. Due to the fluidization of the displacement of the organic material along the pyrolysis reactor, the distance between the slides is dimensioned so that the minimum passage surface is 2-3 times larger than the maximum size at which the raw material was chopped.

Datorită coeficientului de transfer termic prin conducție mic, procesul de piroliză a materialelor organice poate fi considerat un proces de suprafață. Teoretic, pentru micșorarea timpului de rezidență și mărirea eficienței transferului energiei termice în masa de material organic, materia primă solidă ar trebui tocată la dimensiuni comparabile dimensiunilor moleculare. în practică, tocarea materialelor organice solide la dimensiuni mai mici de 2-3 cm este neeconomică. Această realitate practică conduce la limitarea inferioară a diametrului interior al reactorului de piroliză. Limita superioară a diametrului interior este influențată de dimensiunile reactorului de gazeificare. Din aceste 2 condiții, diametrul interior al reactorului de piroliză este limitat în domeniul 200-500 mm, ceea ce conduce la o capacitate de procesare 0,8-2,5 t/h. în cazul în care este necesară o capacitate de procesare mai mare, într-un gazeificator pot fi montate mai multe reactoare de piroliză.Due to the low heat transfer coefficient, the pyrolysis process of organic materials can be considered a surface process. Theoretically, in order to reduce the residence time and increase the efficiency of heat transfer in the mass of organic material, the solid raw material should be chopped to dimensions comparable to the molecular dimensions. In practice, shredding solid organic materials to sizes smaller than 2-3 cm is uneconomical. This practical reality leads to the lower limitation of the inner diameter of the pyrolysis reactor. The upper limit of the inner diameter is influenced by the dimensions of the gasification reactor. Under these 2 conditions, the inside diameter of the pyrolysis reactor is limited in the range of 200-500 mm, which leads to a processing capacity of 0.8-2.5 t / h. If a higher processing capacity is required, several pyrolysis reactors can be mounted in one gasifier.

în continuare este prezentat un exemplu practic de instalație pentru aplicarea procedeului descris.The following is a practical installation example for applying the described process.

ExempluExample

Reactorul de piroliză prezentat în fig. 2 este un reactor cu diametrul interior de 240 mm care poate procesa 0,8-1 t/h deșeuri municipale solide din categoriile nepericuloase și periculoase indiferent de procentul de apă conținut. Reactorul conține 8 seturi de lamele metalice cu înălțimea de 10 cm sudate la peretele cilindric exterior pentru preluarea energiei termice prin conducție și realizarea transferului termic prin convecție către materia primă organică. Suprafața totală de contact a celor 8 seturi de lamele însumează 1,6 m2. între seturile de lamele este o distanță de 4 cm pentru reașezarea și omogenizarea fluxului de material organic. în cadrul experimentelor proprii s-au testat viteze de deplasare a materialelor organice de 10 până la 30 mm/s. S-a obținut o distribuție relativ uniformă a temperaturii pe lamelele de contact, de la 100°C la intrarea în reactor la 800°C pe ultimul set de lamele, fenomen explicabil datorită sistemului de alimentare și distribuție a energiei termice precum și a energiei absorbită de materia primă organică introdusă în proces.The pyrolysis reactor shown in FIG. 2 is a reactor with an inside diameter of 240 mm that can process 0.8-1 t / h solid municipal waste from non-hazardous and hazardous categories regardless of the percentage of water contained. The reactor contains 8 sets of metal slats with a height of 10 cm welded to the outer cylindrical wall to take over the thermal energy by conduction and achieve thermal transfer by convection to the organic raw material. The total contact area of the 8 sets of slats amounts to 1.6 m 2 . between the sets of blades is a distance of 4 cm for the resettlement and homogenization of the flow of organic material. In their own experiments, moving speeds of organic materials of 10 to 30 mm / s were tested. A relatively uniform temperature distribution was obtained on the contact slats, from 100 ° C at the inlet to the reactor at 800 ° C on the last set of slats, a phenomenon that can be explained due to the supply and distribution system of thermal energy and energy absorbed by matter. organic premium introduced in the process.

RO 134445 Β1RO 134445 Β1

Fig. 3 prezintă reactorul de gazeificare. 1FIG. 3 shows the gasification reactor. 1

Reactorul de gazeificare are o formă originală, adaptată procedeului și noilor condiții funcționale, prezentat în fig. 3, cu detalii ale părții centrale prezentate în fig. 4. 3The gasification reactor has an original shape, adapted to the process and the new functional conditions, shown in fig. 3, with details of the central part shown in fig. 4. 3

Principalele deosebiri față de instalațiile existente sunt:The main differences from the existing installations are:

- lipsește patul fix, mobil sau fluidizat de materie primă organică caracteristic tuturor 5 instalațiilor de gazeificare;- the fixed, mobile or fluidized bed of organic raw material characteristic of all 5 gasification installations is missing;

- materia primă procesată în reactorul de gazeificare nu mai este material organic ci 7 fazele solidă, lichidă și gazoasă provenite din reactorul de piroliză;- the raw material processed in the gasification reactor is no longer organic material but 7 solid, liquid and gaseous phases from the pyrolysis reactor;

- în partea centrală (fig. 4) se observă incinta turbionară (secțiunea „A, poziția 1) 9 unde este introdus agentul de gazeificare (aer sau oxigen) și abur prin intermediul unui sistem de duze (poziția 4) care creează un curent turbionar ascendent. Alimentarea cu abur 11 trece prin peretele camerei turbionare pentru supraîncălzire funcție de regimul de lucru al gazeificatorului. în acest mod peretele camerei turbionare preia și funcția de generator de 13 abur cu capacitate variabilă, adaptată la necesarul de abur funcție de compoziția chimică a materiei prime. 15- in the central part (fig. 4) the vortex enclosure is observed (section “A, position 1) 9 where the gasifying agent (air or oxygen) and steam are introduced by means of a nozzle system (position 4) which creates a vortex current ascending. The steam supply 11 passes through the wall of the vortex chamber for overheating depending on the operating regime of the gasifier. In this way the wall of the vortex chamber also takes over the function of a 13-capacity steam generator with variable capacity, adapted to the steam requirement depending on the chemical composition of the raw material. 15

Restul gazeificatorului, grătarul (fix sau mobil), evacuarea zgurii și evacuarea singazului sunt elemente uzuale conform tehnicilor cunoscute. Reactorul de gazeificare în 17 totalitate este realizat cu dubla cămașă pentru răcire cu apă/abur, din oțel inox fără izolații termice interioare. La exterior, reactorul este acoperit cu termoizolație din vată minerală 19 pentru reducerea pierderii de energie termică în exterior.The rest of the gasifier, the grate (fixed or mobile), the slag evacuation and the singas evacuation are common elements according to the known techniques. The gasification reactor in its entirety is made with the double jacket for water / steam cooling, made of stainless steel without internal thermal insulation. Outside, the reactor is coated with mineral wool thermal insulation 19 to reduce heat loss to the outside.

Acest reactor de gazeificare cu diametrul interior de 2 m, echipat cu 2 reactoare de 21 piroliză cu diametrul interior de 240 mm, are o capacitate de procesare de aproximativ 2 t/h amestec de materiale organice din categoriile nepericuloase și/sau periculoase, cu conținut 23 de apă până la 50% procent de masă. Funcție de utilizarea finală a gazului de sinteză, cantitatea de aer și abur poate fi controlată pentru obținerea unui raport H2/CO între 0,9 și 25 100. Randamentul minim de oxidare a carbonului este de 90%.This gasification reactor with an inner diameter of 2 m, equipped with 2 pyrolysis reactors with an inner diameter of 240 mm, has a processing capacity of approximately 2 t / h mixture of organic materials from non-hazardous and / or hazardous categories, with content 23 water up to 50% mass percentage. Depending on the end use of the synthesis gas, the amount of air and steam can be controlled to obtain an H 2 / CO ratio between 0.9 and 25 100. The minimum oxidation efficiency of carbon is 90%.

Claims (10)

Revendicăridemand 1. Procedeu de tratare a amestecurilor eterogene de substanțe și compuși organici solizi și lichizi prin gazeificare, caracterizat prin aceea că, cuprinde următoarele etape:1. A process for treating heterogeneous mixtures of solid and liquid organic substances and compounds by gasification, characterized in that it comprises the following steps: - materia primă organică în amestec eterogen este încălzită treptat până la 900...1000°C prin convecție și radiație termică, fiind menținută în contact cu suprafețe metalice care transportă energia termică prin conducție din zona exotermă a reactorului de gazeificare;- the organic raw material in heterogeneous mixture is gradually heated to 900 ... 1000 ° C by convection and thermal radiation, being kept in contact with metal surfaces that transport thermal energy by conduction from the exothermic area of the gasification reactor; - fazele solidă, lichidă și gazoasă, rezultate din procesul de piroliză sunt transferate gravitațional în reactorul de gazeificare unde sunt amestecate cu agentul de gazeificare, respectiv aer/oxigen și abur, care sunt introduse în curgere turbionară pentru facilitarea contactului dintre fazele solide/lichide și gazoase; în care fiecare etapă are control independent al parametrilor de proces în funcție de parametrii de stare ai amestecului de intrare, nu exista pat de materie primă organică în fluxul procedeului și cele două etape ale procedeului sunt în flux continuu, fără etape intermediare de acumulare.- the solid, liquid and gaseous phases resulting from the pyrolysis process are gravitationally transferred to the gasification reactor where they are mixed with the gasifying agent, namely air / oxygen and steam, which are introduced in vortex flow to facilitate contact between the solid / liquid phases, and gaseous; wherein each step has independent control of the process parameters according to the state parameters of the inlet mixture, there is no bed of organic raw material in the process flow and the two process steps are in continuous flow without intermediate accumulation steps. 2. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, transportul energiei termice din zona exotermă în zona endotermă se realizează prin punte termică metalică.Process according to Claim 1, characterized in that the transport of thermal energy from the exothermic zone to the endothermic zone is carried out by a metal thermal bridge. 3. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, în zona endotermă schimbul de energie termică se realizează prin convecție forțată și radiație între pereți metalici ficși și un flux de materiale organice în amestec eterogen.Process according to Claim 1, characterized in that in the endothermic zone the exchange of thermal energy is carried out by forced convection and radiation between fixed metal walls and a flow of organic materials in a heterogeneous mixture. 4. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, suprafețele metalice care cedează energie termică sunt așezate în fluxul de materiale organice în poziții fixe, diferite, astfel încât suprafața de contact să se schimbe după fiecare 5...20 cm parcurși în interiorul reactorului de piroliză.Process according to Claim 1, characterized in that the heat-transferring metal surfaces are placed in the flow of organic materials in different fixed positions so that the contact surface changes after every 5 to 20 cm. pyrolysis reactor. 5. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, fiecare grup de lamele metalice din interiorul pirolizorului formează 2...8 plane de separație în fluxul de materie primă organică, plane de separație diferite față de planele de separație ale grupurilor de lamele adiacente.Process according to Claim 1, characterized in that each group of metal slats inside the pyrolyser forms 2 ... 8 separation planes in the flow of organic raw material, separation planes different from the separation planes of the adjacent blade groups. . 6. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, în etapa de gazeificare, oxidarea carbonului se produce în 2 incinte diferite, în cascadă, prima incintă cu curgere turbulentă și a doua cu curgere laminară.Process according to Claim 1, characterized in that, in the gasification step, the oxidation of carbon takes place in 2 different enclosures, in a cascade, the first enclosure with turbulent flow and the second with laminar flow. 7. Instalație de tratare a amestecurilor eterogene de substanțe și compuși organici solizi și lichizi prin gazeificare conform procedeului descris în revendicarea 1, caracterizată prin aceea că, este constituită din:Plant for the treatment of heterogeneous mixtures of solid and liquid organic substances and compounds by gasification according to the process described in claim 1, characterized in that it consists of: - unul sau mai multe reactoare de piroliză fixe, poziționate în incinte corespunzătoare create în reactorul de gazeificare, astfel încât prin contact metal pe metal să se creeze punți termice metalice, care să transporte energia termică din zona exotermă a reactorului de gazeificare în zona endotermă a reactorului de piroliză;- one or more fixed pyrolysis reactors, positioned in appropriate enclosures created in the gasification reactor, so that by metal-to-metal contact metal thermal bridges are created, which transport the thermal energy from the exothermic zone of the gasification reactor to the endothermic zone of pyrolysis reactor; - un reactor de gazeificare în care produsele de piroliză sunt transferate gravitațional și sunt procesate în două incinte succesive, prima cu curgere turbionară și a doua cu curgere laminară a agentului de gazeificare, respectiv aer/oxigen și abur.- a gasification reactor in which the pyrolysis products are gravitationally transferred and processed in two successive chambers, the first with vortex flow and the second with laminar flow of the gasifying agent, respectively air / oxygen and steam. 8. Instalație conform revendicării 7, caracterizată prin aceea că, reactorul de piroliză de formă cilindrică sau prismatică, de preferință cilindrică, are în interior, poziționate transversal prin sudură la pereții exteriori, 4...14 grupuri de lamele metalice cu înălțime de 5-20 cm, de preferință 10 cm, astfel încât planurile de separație realizate de fiecare grup să fie diferite de planurile de separație ale grupurilor adiacente.Installation according to Claim 7, characterized in that the cylindrical or prismatic pyrolysis reactor, preferably cylindrical in shape, has 4 ... 14 groups of metal slats with a height of 5 inside positioned transversely by welding to the outer walls. -20 cm, preferably 10 cm, so that the separation planes made by each group are different from the separation plans of the adjacent groups. RO 134445 Β1RO 134445 Β1 9. Instalație conform revendicării 7, caracterizată prin aceea că, reactorul de 1 gazeificare nu are pat de materie primă organică.Plant according to Claim 7, characterized in that the gasification reactor has no bed of organic raw material. 10. Instalație conform revendicării 7, caracterizată prin aceea că, reactorul de 3 gazeificare conține un sistem de duze pentru introducerea aerului/oxigenului și a aburului astfel încât în incinta turbionară să se realizeze un curent turbionar ascendent care va mări 5 timpul de rezidență al produselor de piroliză și va mări eficiența oxidării carbonului.Installation according to Claim 7, characterized in that the gasification reactor 3 contains a nozzle system for introducing air / oxygen and steam so that an upward vortex current is produced in the vortex chamber which will increase the residence time of the products. pyrolysis and will increase the efficiency of carbon oxidation.
RO202000266A 2020-05-18 2020-05-18 Process and plant for gasification of heterogenous mixtures of organic substances and compounds RO134445B1 (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RO202000266A RO134445B1 (en) 2020-05-18 2020-05-18 Process and plant for gasification of heterogenous mixtures of organic substances and compounds
CA3193438A CA3193438A1 (en) 2020-05-18 2021-04-04 Method and installation for gasification of heterogenic mixtures of organic substances and compounds
PCT/RO2021/050005 WO2021235963A1 (en) 2020-05-18 2021-04-04 Method and installation for gasification of heterogenic mixtures of organic substances and compounds
EP21730303.1A EP4153701A1 (en) 2020-05-18 2021-04-04 Method and installation for gasification of heterogenic mixtures of organic substances and compounds
US18/246,249 US20240010941A1 (en) 2020-05-18 2021-04-04 Method and installation for gasification of heterogenic mixtures of organic substances and compounds

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RO202000266A RO134445B1 (en) 2020-05-18 2020-05-18 Process and plant for gasification of heterogenous mixtures of organic substances and compounds

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RO134445A0 RO134445A0 (en) 2020-09-30
RO134445B1 true RO134445B1 (en) 2021-06-30

Family

ID=72659490

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RO202000266A RO134445B1 (en) 2020-05-18 2020-05-18 Process and plant for gasification of heterogenous mixtures of organic substances and compounds

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20240010941A1 (en)
EP (1) EP4153701A1 (en)
CA (1) CA3193438A1 (en)
RO (1) RO134445B1 (en)
WO (1) WO2021235963A1 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1599398A (en) * 1978-04-27 1981-09-30 Humphreys & Glasgow Ltd Fluidised beds and their operation
DE19747324C2 (en) * 1997-10-28 1999-11-04 Bodo Wolf Device for generating fuel, synthesis and reducing gas from renewable and fossil fuels, biomass, waste or sludge
FI126357B (en) * 2014-11-14 2016-10-31 Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Oy Method and apparatus for gasification of raw material and gaseous product

Also Published As

Publication number Publication date
CA3193438A1 (en) 2021-11-25
US20240010941A1 (en) 2024-01-11
EP4153701A1 (en) 2023-03-29
RO134445A0 (en) 2020-09-30
WO2021235963A1 (en) 2021-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Gasification of biomass with oxygen-enriched air in a pilot scale two-stage gasifier
Fremaux et al. An experimental study on hydrogen-rich gas production via steam gasification of biomass in a research-scale fluidized bed
US20170137284A1 (en) Various methods and apparatuses for multi-stage synthesis gas generation
US5589599A (en) Pyrolytic conversion of organic feedstock and waste
CN101970617B (en) Method and device for converting carbonaceous raw materials
US20120181483A1 (en) Various methods and apparatuses for multi-stage synthesis gas generation
CA2865968A1 (en) Various methods and apparatuses for multi-stage synthesis gas generation
EP2530134A1 (en) Vibratory heat exchanger unit for low temperature conversion for processing organic waste and process for processing organic waste using a vibratory heat exchanger unit for low temperature conversion
CN110550601B (en) Transformation process for high-concentration CO raw material gas
BR112015031150B1 (en) method for treating metal ore, and blast furnace for metal production
US20220025270A1 (en) Biomass processing devices, systems, and methods
CN113336196A (en) Gasification cracking device based on microwave heating and method for rapidly preparing sulfur gas
RU2646917C1 (en) Method of thermochemical conversion of organic containing raw material and the complex of thermochemical conversion including the rejector of conjugated heating for its implementation
RO134445B1 (en) Process and plant for gasification of heterogenous mixtures of organic substances and compounds
BRPI0716221A2 (en) PROCESS FOR FUEL PRODUCTION FROM WASTE.
US20080286175A1 (en) Reformer for converting biomass into synthesis gas
US8506765B2 (en) Device and method for thermal decomposition of organic materials
Nisamaneenate et al. Advanced reforming of agro-waste by modular gasifier for fuel generation
CA2888353A1 (en) Apparatus and method for material treatment of raw materials
RU2544635C1 (en) Method and device for flash-pyrolysis of hydrocarbon materials using induction heating
Suresha et al. Photocatalytic assisted microwave-based plasma pyrolyser: a solution for COVID-19 related wastes
MX2011005847A (en) Coil for pyrolysis heater and method of cracking.
Ünsaç et al. Low tar yield and high energy conversion efficiency in a continuous pyrolysis reactor with modified ribbon screw conveyor
Akhlas et al. Simulation of Steam Gasification of Coal with PreCombustion enabling Cleaner Coal Conversion
JPS6325039B2 (en)